DE1143527B

DE1143527B - Sicherheitsvorrichtung gegen das Ansammeln von gelagerter Fluessigkeit in dem Isolierraum eines doppel-wandigen Tankes zur Lagerung tiefsiedender verfluessigter Gase

Info

Publication number: DE1143527B
Application number: DEC25281A
Authority: DE
Inventors: Ivan L Wissmiller
Original assignee: Chicago Bridge and Iron Co
Current assignee: Chicago Bridge and Iron Co
Priority date: 1961-02-08
Filing date: 1961-10-16
Publication date: 1963-02-14
Also published as: GB921853A; US3059804A; BR6134538D0; NL270364A; NL123989C; AT247295B

Description

ESTERNAT.KL. F 25 j

DEUTSCHES

PATENTAMT

C 25281 Ia/17g

ANMELDETAG: 16. OKTOBE R 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 14. F E B R U A R 1963

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung gegen das Ansammeln von gelagerter Flüssigkeit in dem Isolierraum eines doppelwandigen Tankes zur Lagerung tiefsiedender verflüssigter Gase, der aus einem innenliegenden Behälter und einer diesen Behälter umgebenden Umhüllung besteht, die zwischen sich den Isolierraum freilassen, wobei die äußere Umhüllung aus einem Material besteht, das bei der niedrigen Lagertemperatur spröde wird.

Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Methan, Propan, Ammoniak und andere normalerweise gasförmige Materialien werden oft in flüssigem Zustand bei erniedrigten Temperaturen in Tanks gelagert. Die Temperatur wird durch Kühlung verringert, um die Verflüssigung dieser normalerweise gasförmigen Materialien zu erleichtern und um den erforderlichen Druck bei der Lagerung zu verringern. Durch die Verflüssigung und durch die Verringerung des Druckes ergeben sich wesentlich geringere Kosten für die Lagerung.

Der innere Behälter ist derart hergestellt, daß er der niedrigen Temperatur der gelagerten Flüssigkeit widersteht und das Gewicht, den hydrostatischen Druck und den Gasdruck der gelagerten Flüssigkeit aufnehmen kann. Der innere Behälter kann jede Formgebung haben und beispielsweise senkrechte zylindrische Wandungen aufweisen mit einem flachen waagerechten Boden und einem gewölbten Deckel. Der Tank kann auch kugelförmig oder ellipsenförmig sein, oder zylindrisch, senkrecht oder liegend, mit gewölbten oder halbellipsenförmigen Enden. Der innere Behälter kann nicht aus üblichen Stahlplatten hergestellt sein, weil diese eine nicht genügende Dehnbarkeit und Zähigkeit haben, um einen Brach zu verhindern infolge einer Ausbreitung von Rissen bei den niedrigen Temperaturen der gelagerten Flüssigkeit. Der innere Behälter wird deshalb aus einem besonderen und teureren Metall hergestellt. Bei Ammoniak und Propan beträgt die Temperatur zwischen — 2° C und —10° C, und der Stahl muß mit Mangan und Nickel legiert sein, und es ist eine besondere Wärmebehandlung notwendig, um die Stähle den niedrigen Temperaturen anzupassen. Für niedrigere Temperaturen werden Edelstahl und mit Aluminium und Nickel (9%) legierte Stähle verwendet, und alle diese Stähle sind wesentlich teurer als gewöhnlicher Stahl.

Der innere Behälter ist völlig umschlossen von einer äußeren Stahlumhüllung, und zwischen beiden wird ein Isolierraum gebildet. Die Weite des Isolierraums zwischen den Böden, den Seitenwandungen und den Deckeln der beiden Behälter beträgt gewöhnlich 80 cm und kann schwanken zwischen 15 cm und Sicherheitsvorrichtung gegen das Ansammeln von gelagerter Flüssigkeit in dem Isolierraum eines doppelwandigen Tankes zur Lagerung tiefsiedender verflüssigter Gase

Anmelder:

Chicago Bridge & Iron Company, Chicago, 111. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Cohausz,

Dipl.-Ing. W. Florack und Dipl.-Ing. K. H. Eissei, Patentanwälte, Düsseldorf, Schumannstr. 97

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 8. Februar 1961 (Nr. 87 911)

Ivan L. Wissmiller, Chicago, 111. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

160 cm je nach der gewünschten Isolierung und den Rohrverbindungen, die in diesem Raum unterzubringen sind. Der Isolierraum wird mit thermischem Isoliermaterial angefüllt. Außer den festen Isoliermaterialien kann auch ein hohes Vakuum vorgesehen sein zwecks Verbesserung der Isolierung. Die äußere Umhüllung bildet eine Sperre gegen atmosphärische Feuchtigkeit und gegen Ausscheidungen, welche die Isolierung ungünstig beeinflussen würden.

Die äußere Umhüllung ist eine leichte Konstraktion, da sie nur dazu dient, das Isoliermaterial einzuschließen und eine Sperre gegen die Umgebung zu bilden. Die äußere Umhüllung ist nicht so stark, daß sie einen wesentlichen inneren Flüssigkeitsdruck aufnehmen kann, und sie ist aus üblichem Stahl hergestellt, der bei niedrigen Temperaturen nicht genügend dehnbar ist.

Zwischen der äußeren Umhüllung und dem inneren Behälter liegen mehrere Leitungen, die durch das Isoliermaterial hindurchgeführt sind. Diese Leitungen dienen zur Zufuhr und zum Ablassen der gelagerten Flüssigkeit aus dem inneren Behälter und außerdem für andere Betriebszwecke, beispielsweise zur Aufnahme von Meßvorrichtungen. Infolge dieser Verbindungen durch den Isolierraum hindurch können

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Leckstellen für die gekühlte Flüssigkeit entstehen. inneren Behälters befindet sich eine Platte 17, die

Außerdem können auch am inneren Behälter Risse von Armen 18 getragen wird und als Ablenkplatte

entstehen, durch welche die kalte Flüssigkeit in den dient.

Isolierraum eindringen kann. Die äußere Umhüllung 11 bestimmt den Isolier-

Leckt kalte Flüssigkeit in den Isolierraum hinein, 5 raum 13 und ist aus wirtschaftlichen Gründen so

so steigt in diesem Raum der Flüssigkeitsspiegel all- dünn wie möglich. Aus gleichen Gründen besteht die

mählich an, so daß die äußere Umhüllung der nied- äußere Umhüllung aus gewöhnlichem, bei der Lager-

rigen Temperatur ausgesetzt wird, für die ihr Metall temperatur der Flüssigkeit spröde werdendem Stahl,

nicht geeignet ist. Es ist ein Sammler für die Flüssigkeit vorgesehen,

Bei Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels wird die io der mit dem Isolierraum in Verbindung steht. Der äußere Umhüllung auch durch den hydrostatischen Sammler 19 hat einen Einlaß, der mit dem Inneren Druck beansprucht. Unter solchen Verhältnissen kann des Isolierraumes in Verbindung steht, und zwar nahe die äußere Umhüllung plötzlich einreißen und eine dem Boden des Isolierraumes 13_r und an dem Auslaß große Menge der kalten Flüssigkeit freigeben. Eine ist ein normalerweise geschlossenes Ventil 21 vorgesolche Freigabe kann gefährlich werden, weil die 15 sehen, beispielsweise gemäß Fig. 1 ein Druck-Flüssigkeit äußerst kalt ist und Personen, die mit ihr begrenzungsventil. Zwischen dem Einlaß und dem in Berührung kommen, schwer verletzen oder töten Auslaß liegt eine Sammelkammer 20. Gegebenenkann. Außerdem kann sich die ausfließende Flüssig- falls kann ein Sieb oder Filter 22 den Einlaß des keit entzünden oder, wenn es sich um Sauerstoff han- Sammlers in den Isolierraum 13 abdecken, um ein delt, organische Materialien außerhalb des Tanks 20 Eintreten von festem Isoliermaterial in die Sammelentzünden. Ein Austreten der Flüssigkeit in großen kammer 20 zu verhindern.

Mengen ist gefährlich, weil die Flüssigkeit über große Der Sammler liegt unter dem untersten Flüssig-

Entfernungen von dem Tank über den Boden fließt, keitsspiegel des Isolierraumes und nimmt die Flüssig-

auch wenn sie verdampft, und wenn die Dämpfe keit auf, die in den Isolierraum hineinleckt und führt

schwerer als Luft sind, wie das bei Methan, Propan 25 diese Flüssigkeit nach außen ab, und zwar bevor diese

und auch anderen Gasen der Fall ist. Leckflüssigkeit sich in dem Isolierraum ansammeln

Gemäß der Erfindung besteht die Sicherheitsvor- kann. Die Größe des Sammlers und die Steuerung des richtung gegen das plötzliche Austreten einer großen Flüssigkeitsflusses sind der maximal möglichen Menge der gefährlichen Flüssigkeit, falls eine Leck- Leckage angepaßt. Die ausgetretene Flüssigkeit kann stelle entsteht, darin, daß unter dem tiefsten Punkt 3° nach außen abgeführt oder aber auch einer Verdampdes Isolierraumes eine Sammelkammer angeordnet fungs-Wiedergewinnungsanlage zugeführt werden,
ist, deren Einlaß mit dem Isolierraum und der Auslaß Das Ventil 21 kann von verschiedener Ausführung mit der Außenatmosphäre über ein Ventil in Verbin- sein. Die Ausführungsart nach Fig. 2 besteht aus dung steht, das normalerweise geschlossen und in einem Flansch 22j der mit dem äußeren Ende des Abhängigkeit von der Druckhöhe der sich in der 35 Sammlers 19, wie in Fig. 1 gezeigt, verschraubt ist. Sammelkammer ansammelnden Flüssigkeit betätig- Der Ventilkegel 24 ruht auf einem Sitz 25 des Ventilbar ist. körpers 26 und bildet einen flüssigkeitsdichten Ab-

In der Zeichnung zeigt Schluß gegen jeden Gasdruck, der bei normalen Be-

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen kugelförmigen, triebsbedingungen in dem Isolierraum bestehen kann,

doppelwandigen Tank mit einer Sicherheitsvorrich- 40 Ein solcher Gasdruck ergibt sich beispielsweise aus

rung gemäß der Erfindung, dem Gebrauch eines inerten Gases, das die Luft aus

Fig. 2 ein Ventil zum Abschluß der Sicherheitsvor- dem Isolierraum herausdrückt. Auf dem Ventilkörper

richtung, 26 ist mittels der Stangen 28 und der Halteglieder 29

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 der eine Wetterkappe 27 befestigt, die den Ventilkegel 24

Fig. 2 und 45 abschließt und in seiner Lage hält, aber gestattet, daß

Fig. 4 eine andere Sicherheitsvorrichtung in Form sich der Ventilkegel frei bewegen kann, wenn ein

einer zerbrechbaren Membran. übermäßiger Druck auf ihn einwirkt. Nach Nach-

Der kugelförmige Tank gemäß Fig. 1 besteht aus lassen dieses Druckes ruht der Ventilkegel wieder

einem inneren Behälter 10 und einer äußeren Um- auf seinem Sitz. Der Ventilkegel 24 ist auf einen

hüllung 11. Als mögliche Leckstelle für die gelagerte 50 höheren Druck als den normalen Gasdruck in dem

Flüssigkeit ist eine Rohrleitung 12 gezeigt, die durch Isolierraum 13 eingestellt, öffnet sich aber, wenn die

den Isolierraum 13 zwischen dem inneren Behälter 10 gelagerte, durch Leckage in den Isolierraum einge-

und der äußeren Umhüllung 11 hindurchgefühlt ist. drungene Flüssigkeit in die Sammelkammer 20 ge-

Der innere Behälter 10 und die Leitung 12 sind aus langt, und wenn das hydrostatische Gefälle den Druck

einem Spezialmetall hergestellt, das bei der niedrigen 55 auf den Ventilkegel 24 des Ventils 21 vergrößert. Das

Temperatur der gelagerten Flüssigkeit L seine Dehn- Ventil liegt niedriger als der Boden des Isolierraumes,

barkeit beibehält. Die Leitung 12 ist nut dem inneren so daß der Flüssigkeitsdruck auf das Ventil groß

Behälter 10 verschweißt. In der äußeren Umhüllung wird, bevor sich Flüssigkeit in dem Isolierraum an-

11 ist ein Loch für den Durchtritt der Leitung 12 sammeln kann.

vorgesehen. Die Dichtheit zwischen dieser Öffnung 60 Tritt bei dem inneren Behälter 10 oder bei einer und der Leitung 12 ist gewährleistet durch eine Balg- der Leitungen, wie beispielsweise 12, eine kleine verbindung 16, die mit einem Ende an der Wandung Leckage ein, dann sammelt sich die kalte Flüssigkeit der äußeren Umhüllung befestigt ist und mit dem allmählich in dem Isolierraum 13 an. Wird die Ananderen Ende an der Leitung 12. Bei thermischer Sammlung größer, dann wird die äußere Umhüllung Expansion oder Kontraktion der Leitung 12 bewegt 65 11 spröde und kann springen oder einreißen wie etwa sich der Balg 16, ohne daß die Dichtheit der Verbin- Glas. Dann würde die angesammelte Flüssigkeit aus dung beeinflußt wird. Über dem Einlaß der Leitung dem Isolierraum plötzlich mit gefährlichen Folgen

12 und in einiger Entfernung von der Wandung des austreten können.

Gemäß der Erfindung aber tritt die angesammelte Flüssigkeit in den Sammler 19 ein, und das hydrostatische Gefälle vergrößert den Druck auf den Ventilkegel 24. Wenn der Druck in der Leitung das Gewicht des Ventilkegels 24 übersteigt, öffnet sich das Ventil 21. Das Gewicht des Ventilkegels 24 ist derart, daß sich das Ventil öffnet und die Flüssigkeit austritt, wenn die Flüssigkeit den Sammler 19 teilweise ausfüllt. Die in den Isolierraum 13 eingetretene kalte Flüssigkeit wird durch das Ventil langsam ausgelassen und verdampft, oder sie wird einer Verdampfungs-Wiedergewinnungsanlage zugeführt. Wären der Sammler 19 und das Ventil 21 nicht vorhanden, dann würde sich die kalte Flüssigkeit in dem Isolierraum .ansammeln, und dann könnte plötzlich eine große Menge Flüssigkeit austreten, wenn eine Leckage entsteht. Das Ventil kann gemäß Fig. 4 auch aus einer zerbrechbaren Membran bestehen. Fig. 4 zeigt einen Teil des inneren Behälters 10 und der äußeren Umhüllung 11 sowie des Isolierraumes 13. Die Sammelkammer und das Filter oder Sieb 22 sind ebenso ausgeführt wie gemäß Fig. 1. Am Ende des Auslasses des Sammlers 19 befindet sich eine zerbrechbare Membran 30, die bei niedriger Temperatur spröde wird und bricht. Die Membran 30 liegt zwischen zwei miteinander verschraubten Flanschen und besteht aus einem bei normalen Temperaturen festen und biegsamen Material. Die Membran bildet also bei einem Betrieb bei üblicher Außentemperatur einen dichten Abschluß. Wenn eine kleine Leckage in dem inneren Behälter 10 oder in einer der Leitungsverbindungen auftritt, tritt kalte Flüssigkeit in den Sammler 19 und berührt die Membran 30. Dadurch wird diese Membran spröde und bricht, bevor ein wesentlicher Betrag von Flüssigkeit sich in dem Isolierraum ansammeln kann. Das Material der Membran 30 kann Kunststoff oder synthetischer Gummi sein einschließlich Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Buna N oder anderen Materialien, die bei niedrigen Temperaturen spröde werden und bei normalen Temperaturen hochfest sind. Die zerbrechbare Membran kann auch durch ein Kegelventil ersetzt sein, das unter Federwirkung in Schließlage gebracht wird, sich aber öffnet bei Ansammlung der Flüssigkeit in der Sammelkammer.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Sicherheitsvorrichtung gegen das Ansammeln von gelagerter Flüssigkeit in dem Isolierraum eines doppelwandigen Tanks zur Lagerung tief siedender verflüssigter Gase, der aus einem innenliegenden Behälter und einer diesen Behälter umgebenden Umhüllung besteht, die zwischen sich den Isolierraum freilassen, wobei die äußere Umhüllung aus einem Material besteht, das bei der niedrigen Lagertemperatur spröde wird, dadurch gekenn zeichnet, daß unter dem tiefsten Punkt des Isolierraumes (13) eine Sammelkammer (20) angeordnet ist, deren Einlaß mit dem Isolierraum (13) und deren Auslaß mit der Außenatmosphäre über ein Ventil (21) in Verbindung steht, das normalerweise geschlossen und in Abhängigkeit von der Druckhöhe der sich in der Sammelkammer (20) ansammelnden Flüssigkeit betätigbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelkammer (20) einen wesentlich geringeren Inhalt hat als der Teil des Isolierraumes (13), der unter dem untersten Flüssigkeitsspiegel der sich ansammelnden Flüssigkeit Hegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der Sammelkammer (20) nach oben gerichtet ist und einen Ventilsitz (25) bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen